【摘要】：認(rèn)知無(wú)線電是一種對(duì)外界環(huán)境具有認(rèn)知能力,可以通過(guò)對(duì)外界環(huán)境的建模學(xué)習(xí),根據(jù)需要自適應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)整相關(guān)工作參數(shù),從而適應(yīng)外部環(huán)境變化的智能無(wú)線電技術(shù)。認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主要目標(biāo)有兩個(gè):其一是任何時(shí)間任何地點(diǎn)都能保障的高可靠通信,其二是對(duì)頻譜資源的高效利用。傳統(tǒng)的無(wú)線MAC層技術(shù)主要是針對(duì)固定頻譜分配的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的,無(wú)法滿(mǎn)足認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻譜分配的需求。本文以認(rèn)知無(wú)線電MAC層頻譜管理的基本功能:頻譜感知、頻譜共享、頻譜接入和頻譜分配為研究出發(fā)點(diǎn),結(jié)合認(rèn)知無(wú)線電MAC層的技術(shù)特征進(jìn)行相關(guān)算法和協(xié)議的優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要工作及貢獻(xiàn)如下:1.針對(duì)協(xié)作頻譜感知中的本地感知結(jié)果上報(bào)碰撞問(wèn)題,提出了一種基于非競(jìng)爭(zhēng)上報(bào)的MAC協(xié)議。與傳統(tǒng)協(xié)作頻譜感知MAC協(xié)議不同,本章設(shè)計(jì)的MAC協(xié)議新增了感知上報(bào)接入字段和上報(bào)時(shí)隙重新分配字段,來(lái)實(shí)現(xiàn)非競(jìng)爭(zhēng)的感知結(jié)果上報(bào)。為了進(jìn)一步提升協(xié)議性能,分別以吞吐量最大化和能量效率最大化為目標(biāo),設(shè)計(jì)了兩種協(xié)作感知接入控制機(jī)制。最后,通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn),證明了本章所提出的MAC協(xié)議在吞吐量和能量效率等指標(biāo)上優(yōu)于已有的相關(guān)工作。2.針對(duì)分布式認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)下的多用戶(hù)頻譜接入問(wèn)題,提出了一種動(dòng)態(tài)退避算法。進(jìn)一步,為了在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該算法,提出了一種分布式多信道認(rèn)知MAC協(xié)議。所提出的動(dòng)態(tài)退避算法綜合考慮了競(jìng)爭(zhēng)認(rèn)知用戶(hù)數(shù),感知空閑信道數(shù)的影響,在初始退避窗口和后續(xù)退避窗口選擇中自動(dòng)選擇令網(wǎng)絡(luò)期望吞吐量最大化的退避窗口,以提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量,降低信道接入時(shí)延�？紤]算法實(shí)際應(yīng)用,所提出的分布式多信道認(rèn)知MAC協(xié)議則在其競(jìng)爭(zhēng)字段嵌入動(dòng)態(tài)退避算法,以實(shí)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)字段時(shí)長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整,減少多用戶(hù)接入沖突。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與已有協(xié)議相比,本文所提出的認(rèn)知MAC協(xié)議取得了更高的吞吐量和更低的信道接入時(shí)延。3.針對(duì)基于載波聚合技術(shù)的認(rèn)知無(wú)線電多信道網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配公平性問(wèn)題,提出了一種公平多信道分配算法�？紤]所提出算法的實(shí)際應(yīng)用,還設(shè)計(jì)了一個(gè)新的MAC協(xié)議來(lái)解決感知和競(jìng)爭(zhēng)接入的問(wèn)題。首先,基于Jain’s公平性指標(biāo),以最大化空閑信道使用效率為約束條件,建立了公平多信道分配優(yōu)化問(wèn)題,并將該問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)二次整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。接著,根據(jù)Jain’s公平性指標(biāo)的定義,設(shè)計(jì)了一個(gè)啟發(fā)式的算法來(lái)找到最大化公平性指標(biāo)的信道分配方式。然后,在新設(shè)計(jì)的MAC協(xié)議的信道分配字段利用信道分配算法所得到的信道分配方式進(jìn)行頻譜分配。接下來(lái),對(duì)所提出算法和MAC協(xié)議在吞吐量、公平性、信道成功預(yù)約概率、阻塞率等方面的性能進(jìn)行了分析。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與已有MAC協(xié)議相比,本文所提出的算法和MAC協(xié)議在吞吐量和公平性?xún)蓚�(gè)指標(biāo)間取得了很好的折中。4.針對(duì)認(rèn)知LTE-A異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行跨層干擾問(wèn)題,提出了一種LTE-A下行部分頻譜共享算法。該算法首先將LTE-A異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的工作頻帶劃分成宏基站專(zhuān)用頻段、共享頻段和家庭基站專(zhuān)用頻段三部分,從而將下行跨層干擾問(wèn)題轉(zhuǎn)化為共享頻段的下行干擾問(wèn)題。接著,針對(duì)共享頻段的下行干擾問(wèn)題,結(jié)合認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享技術(shù)中的交織模式和襯底模式,設(shè)計(jì)了一種下行混合頻譜共享算法,使得家庭基站能夠根據(jù)接收到的宏基站下行信號(hào)干擾強(qiáng)度,動(dòng)態(tài)選擇對(duì)應(yīng)的頻譜共享模式,避免下行跨層干擾,提高共享頻段的頻譜使用效率。此外,考慮異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用,在給定跨層公平約束的條件下,以吞吐量最大化為目標(biāo)構(gòu)建了關(guān)于家庭基站專(zhuān)用頻段占比的優(yōu)化問(wèn)題,并以全局搜索算法求得了最優(yōu)的家庭基站專(zhuān)用頻段占比。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與已有算法相比,本文所提出的的算法提升了的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的總吞吐量。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN925

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本文編號(hào)：2595340